JPS63308966A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS63308966A
JPS63308966A JP62145595A JP14559587A JPS63308966A JP S63308966 A JPS63308966 A JP S63308966A JP 62145595 A JP62145595 A JP 62145595A JP 14559587 A JP14559587 A JP 14559587A JP S63308966 A JPS63308966 A JP S63308966A
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JP
Japan
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layer
channel transistor
silicon
impurity
channel
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Application number
JP62145595A
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English (en)
Inventor
Keitaro Fujimori
啓太郎 藤森
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/82Heterojunctions
    • H10D62/822Heterojunctions comprising only Group IV materials heterojunctions, e.g. Si/Ge heterojunctions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having two-dimensional [2D] charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
    • H10D30/471High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/472High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having lower bandgap active layer formed on top of wider bandgap layer, e.g. inverted HEMT
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having two-dimensional [2D] charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
    • H10D30/471High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/473High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は二次元状態に分布する高移動度のホール及び電
子の流れをゲートrr1極によって制御する相補型変調
ドーピングへテロ接合トランジスタの構造に関する。
〔従来の技術〕
変調ドーピング超格子構造は1970年、Esakiら
によって提案され、1978年、Dingieらによっ
て、G a A s / Aρx G a 、XAs系
でそれが実現された。その後、変調ドーピング単一へテ
ロ接合に於いても2次元電子ガス及び2次元ホールガス
の存在が確認されている。とくに、S i/Ge xS
 i+−x系では、電子移動度だけでな(、ホールの移
動度も大きいため、相補型トう/ジスタとして注目を集
めており、nチャネルトランジスタ(IEEE、  T
ransactjons   on   electr
on   devjces、   Vol   ED−
33,No、  5. 1986、P833)や、nチ
ャネルトランジスタ(IEEE、   Electro
n  diviceletters、  Vol、  
 EDL−7,NO,5,1986,P2O3)の試作
が行なわれている。相補型の2次元キャリアガスを用い
た素子に関しては、特許出願公開、昭−CiO−263
471等があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、変調ドーピングは結晶成長時に限り行なうこと
が可能であるために、同一基板上へp型とn型の変調ド
ーピングを行うためには、少なくとも20の結晶成長工
程が必要とされる。このことは、相補型トランジスタの
形成を困難にするばかりでなく、スループットが小さい
ヘテロエピタキシャル装置に大きな負担となる。さらに
、si/GexSit−X系では、GaAs/AρxG
a、−xAs系より、ホールの移動度が太き(できるに
もかかわらず、nチャネルトランジスタとnチャネルト
ランジスタの構造が異なりすぎているために、すなわち
、2次元電子ガスはシリコン層中に、2次元ホールガス
はシリコン−ゲルマニウム混晶層中へ存在させる必要上
、相補型のトランジスタを実現を困難なものとしている
本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的
とするところは、低消費電力でしかも高速動作可能な相
補型トランジスタとして好適な、2次元電子及び2次元
ホールガスを利用した2種類のトランジスタを同一基板
上に形成するために適当な構造をもつ半導体装置を提供
することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、 同一基板上に形成されたnチャネルトランジスタと、n
チャネルトランジスタを具え、該nチャネルトランジス
タは、少なくとも、不純物無添加のシリコン−ゲルマニ
ウム混晶層と、不純物無添加のシリコン層と、p型シリ
コン層との3層の積層構造と、該積層構造上に設けられ
た第1高抵抗層と、該第1高抵抗層上に設けられた第1
ソース、ドレイン及びゲー)、電極を具え、前R’6 
nチャネルトランジスタは、少なくともn型のンリコノ
ーゲルマニウム混晶層と、不純物無添加のシリコン−ゲ
ルマニウム混晶層と、不純物無添加のシリコン層との3
層の積層構造と、該積層構造上に設けられた第2高抵抗
層と、該第2高抵抗層上に設けられた第2ソース、ドレ
イン及びゲート電極を具え、 前記nチャネルトランジスタは、該不純物無添加のンリ
コンーゲルマニウム混晶層中に量子井戸を形成し、該量
子井戸は2次元ホールガスを、前記nチャネルトランジ
スタは、該不純物無添加のシリコン層中に量子井戸を形
成し、該量子井戸は2次元電子ガスをチャネルとし、 前記nチャネルトランジスタと前記のチャネルトランジ
スタのゲート電極下の構造は、シリコン及びシリコン−
ゲルマニウム混晶層が同一組成かつ同一の膜厚で、垂直
方向に変化しており、不純物密度のみが異なることを特
徴とする特〔実施例〕 以下、本発明について、実施例に基づき、詳細に説明す
る。
第1図は本発明の半導体装置の略式断面図であり、Aは
pチャネルトラフ922部、Bはnチャネルトランジス
タ部である。
1はシリコン基板であり、高抵抗のものを用いているが
、トランジスタ間の素子分離を行なうならば高抵抗の必
要はない。2はpチャネルとnチャネルの分離領域であ
り、絶縁体を埋めこんでいる。8も絶縁体で層間絶縁瞑
である。3はシリコン−ゲルマニウム混晶のスペーサ層
で、1のMllIiE側から上方に向って、ゲルマニウ
ムの組成が増大するように作られており、例えば、ゲル
マニウムの組成が0から0.5まで変化する。
まず、nチャネルトランジスタについて説明する。4は
シリコン−ゲルマニウム混晶層で、5の不純物無添加の
シリコン層との界面近傍に2次元ホールガスが形成され
、チャネル領域となる。6はp型のシリコン層であり、
2次元ホールガスを形成するためには、少なくとも、上
記5.6.7の、3層の積層構造が必要である。7は高
抵抗層で10のゲート電極とシ□ットキー接合を形成さ
せるためのものである。9はソース電極、1)はドレイ
ンffl tffiである。12.13はイオン注入等
によって形成された高濃度のp型領域で、それぞれ、ソ
ース及びドレインである。
次に、nチャネルトランジスタについて説明する。20
はn型のシリコン−ゲルマニウム混晶層であり、19は
不純物無添加のシリコン−ゲルマニウム混晶層、18は
不純物無添加のシリコン層である。19と20の界面近
傍の20のシリコン層中に2次元電子ガスが形成される
が、そのためには、少なくとも、18.19.20の3
層の4jf層構造が必要である。17は高抵抗層である
が、18の不純物無添加のシリコン層と同じ材質でかま
わない。15はゲート電t!、14、L、Sはそれぞれ
、ドレイン電極、ソース電極である。21.22はn型
の不純物をイオン注入等により導入したドレイ乙 ソー
スである。
以上、本発明の半導体装置の構造について述べてきたが
、その動作を説明するため、第2図にポテンシャル図を
示す。第2図(A)はnチャネルトランジスタ、第2図
(B)はnチャネルトランジスタの、ゲート電極下部の
ポテンシャル図である。横方向は深さ方向を現している
が、各層の厚さは、わかりやす(描いたもので、この図
とは異なっている。丸印で囲まれている部分にそれぞれ
2次元ホールガス、2次元電子ガスが存在する。
まず(a)図について説明する。21はゲート電極でl
1図の10に相当する。以下、22.23.24.25
.26.27はそれぞれ、第1図の7.6.5.4.3
.1に相当している。このnチャネルトランジスタは、
a t 0)G a A s / AρxGa+ −x
As系の2次元電子ガスを利用したトランジスタと同様
に、バンドギャップの小さい半導体層中に、キャリアを
蓄積させるものである。従って、この図では、ホールが
不純物散乱の影響を受けずに高速で動作するnチャネル
トランジスタとなる。
次に(b)図であるが、28はゲート電極で第1図15
に相当する。以下、29.30.31.32.33.3
4はそれぞれ、第1図の17.18.19.20.3.
1に相当している。このnチャネルトランジスタは、G
 a A s / AρxGa、−xAs系のへテロ接
合と異なり、バンドギャップの広い半導体層中にキャリ
アを蓄積させるものである。従って、この図では、電子
が不純物散乱の影砦を受けずに高速で動作するnチャネ
ルトランジスタとなる。
相補型でトランジスタを動作させるためには、nチャネ
ルトランジスタ、nチャネルトランジスタともにノーマ
リ−オフでなければならない。また、相互コンダクタン
スの値もバランスがきれていることが要求される。この
ため、nチャネルトランジスタ、nチャネルトランジス
タともに、各層の厚さ、混晶の組成、不純物O1fは正
確に制御する必要があり、また、その解は種々あるが、
第2図のポテンシャルが実現されていることが必要であ
る。ゲート電極の材料もトランジスタのスレッンコルド
電圧を左右するパラメータである。本発明ではPtを用
いているが、T1等多くの材料が考えられるのは当然で
あり、pチャネル、nチャネル別々の材料にすることが
できるのも当然である。
〔発明の効果〕
上述の如(、本発明の半導体装置によれば、pチャネル
トランジスタは2次元ホールガスを利用し、nチャネル
トランジスタは2次元電子ガスを利用するため、どちら
も大きな相互コンダクタンスを持つ。また、シリコン−
ゲルマニウム系に於いては、電子移動度とポール移動度
が比較的近い値をもつため、各層の膜厚、組成、不純物
密度を適切な値とすれば、pチャネルトランジスタとn
チャネルトランジスタの占を面積を等しくすることがで
きるため、相補型トランジスタとしての特徴を十分に生
かすことができる。すなわち、超低消費電力で高速動作
のトランジスタとして、超大規模集積回路に利用できる
。とくに、本発明の構造をとれば、pチャネルトランジ
スタ部とnチャネルトランジスタ部の変調ドーピングに
対して、同時に選択ドーピングを行うことが可能であり
、nチャネル用とnチャネル用の結晶成長は別々に行う
必要がない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体装置の断面模式図で、Aの部分
はpチャネルトランジスタ、Bの部分はnチャネルトラ
ンジスタを示す図。 第2図(a)、(b)において、 同図(a)は、本発
明のpチャネルトランジスタのゲート下部のポテンシャ
ル図。同図(b)は、nチャネルトランジスタのゲート
下部のボテーンシャル図。 以  上 出馴人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 最 上  務 他1名第1函 (α) 遅 (b) 第Z区

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同一基板上に形成されたpチャネルトランジスタ
    とnチャネルトランジスタを具え、 該pチャネルトランジスタは、少なくとも不純物無添加
    のシリコン−ゲルマニウム混晶層と、不純物無添加のシ
    リコン層と、p型シリコン層との3層の積層構造と、該
    積層構造上に設けられた第1高抵抗層と、該第1高抵抗
    層上に設けられた第1ソース、ドレイン及びゲート電極
    を具え、前記nチャネルトランジスタは、少なくともn
    型のシリコン−ゲルマニウム混晶層と、不純物無添加の
    シリコン−ゲルマニウム混晶層と、不純物無添加のシリ
    コン層との3層の積層構造と、該積層構造上に設けられ
    た第2高抵抗層と、総第2高抵抗層上に設けられた第2
    ソース、ドレイン及びゲート電極を具え、 前記pチャネルトランジスタは、該不純物無添加のシリ
    コン−ゲルマニウム混晶層中に量子井戸を形成し、該量
    子井戸は2次元ホールガスを、前記nチャネルトランジ
    スタは、該不純物無添加のシリコン層中に量子井戸を形
    成し、該量子井戸は2次元電子ガスをチャネルとし、 前記pチャネルトランジスタと前記のチャネルトランジ
    スタのゲート電極下の構造は、シリコン及びシリコン−
    ゲルマニウム混晶層が、同一組成かつ同一の膜厚で、垂
    直方向に変化しており、不純物密度のみが異なることを
    特徴とする半導体装置。
  2. (2)pチャネルトランジスタとnチャネルトランジス
    タのチャネル領域が、選択変調ドーピングにより形成さ
    れることを特徴とする特許請求第1項記載の半導体装置
  3. (3)シリコン基板上にシリコン−ゲルマニウムの混晶
    層をスペーサ層として具え、該スペーサ層はゲルマニウ
    ムの組成が基板から素子側に向って大きくなることを特
    徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体装置。
JP62145595A 1987-06-11 1987-06-11 半導体装置 Pending JPS63308966A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5266813A (en) * 1992-01-24 1993-11-30 International Business Machines Corporation Isolation technique for silicon germanium devices
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US6674100B2 (en) 1996-09-17 2004-01-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. SiGeC-based CMOSFET with separate heterojunctions

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